Para desinfecção de superfícies de equipamentos e tubulações em contato com alimentos raramente se faz necessário alcançar esterilidade total. Normalmente, o objetivo é reduzir o número de microrganismos alteradores em níveis considerados
NaO P O P O P ONa
ONa ONa ONa
O O O
NaO P O P O P ONa
ONa ONa ONa
O O O 2 CH2OH . (CHOH)4 . COONa (a) (b) (c) (d) (e) ONa ONa O O NaO P O P ONa NaOOC . CH2 NaOOC . CH2 N CH2 CH2 N CH2 . COONa CH2 . COONa
Calor ou agentes químicos podem ser utilizados nas operações de desinfecção, mas é importante salientar que esse procedimento deve ser precedido pela etapa de limpeza. A eficiência dos desinfetantes químicos é afetada pela presença de sujidades e, assim, quanto mais limpa a superfície mais efetivo será o desinfetante (HAYES, 1995; ICMSF, 1995).
Os desinfetantes aplicados em superfícies que entram em contato com alimentos devem, idealmente, apresentar as seguintes características (HAYES, 1995):
• capacidade de eliminar microrganismos rapidamente e, em particular, igualmente efetivo contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. A maioria dos esporos de fungos deve ser eliminada e a destruição de esporos bacterianos deve ser uma vantagem adicional;
• estabilidade razoável na presença de resíduos orgânicos e, se necessário, efetivo na presença de sais de água dura;
• não-corrosivo e não causar manchas em superfícies de qualquer tipo;
• inodoro ou possuir odor inofensivo;
• não-tóxico e não causar irritações na pele e nos olhos;
• prontamente solúvel em água e de fácil enxágüe;
• estável durante períodos prolongados de estocagem na forma concentrada e estável durante curto tempo de estocagem na forma diluída;
• preço competitivo e econômico no uso.
Os fatores que influenciam a eficiência dos desinfetantes convencionais após a limpeza úmida incluem: concentração do desinfetante, tempo de contato, temperatura, pH, dureza da água, detergentes residuais, quantidade e tipo de matéria orgânica presente, tipo de superfície e tipos e níveis de microrganismos a serem eliminados (ICMSF, 1995).
Embora muitos agentes químicos sejam bactericidas, poucos apresentam todas as características listadas acima. Dentre os sanitizantes químicos mais utilizados encontram-se os compostos clorados, compostos iodados, compostos quaternários de amônio, formulações à base de clorhexidina, ácido peracético e peróxido de hidrogênio. Esses agentes se caracterizam por apresentarem níveis variáveis de eficiência em virtude das diferentes formulações, pH, condições de armazenamento e resíduos contaminantes (GIESE, 1991; ANDRADE e MACÊDO, 1996).
MACÊDO, ANDRADE e MELLO (1996) avaliaram a ação sanitizante dos principais agentes químicos citados sobre um indicador biológico específico, um isolado psicrotrófico acidificante denominado LC-32, alterador de leite armazenado sob refrigeração. A eficiência dos sanitizantes foi avaliada por meio das reduções decimais (RD) obtidas para cada solução sanitizante, sendo RD igual à diferença entre o logaritmo decimal das células aderidas nos cupons e o logaritmo decimal das células sobreviventes determinadas por contagem de placas, usando PCA e incubação a 30 ºC por 48 horas. Os resultados obtidos mostram três níveis de eficiência entre os sanitizantes, pelo teste de Duncan (P < 0,05), conforme apresentado no QUADRO 5. QUADRO 5 – Médias de reduções decimais na população de psicrotrófico acidificante LC-32
submetida à ação de sanitizantes químicos.
Produto analisado Médias Comparações
Ácido peracético 6,30 a Amônia quaternária 7,40 a Hipoclorito de sódio 4,53 b Peróxido de hidrogênio 4,49 b Clorhexidina 4,42 b Iodóforo 3,35 c
Médias seguidas de pelo menos uma letra igual, não apresentam diferença significativa entre si, pelo teste de Duncan, a nível de 5% de probabilidade.
Um resumo dos fatores a serem considerados para a seleção de um determinado sanitizante é apresentado no QUADRO 6. Outros fatores que afetam a seleção de um desinfetante incluem toxicidade, efeito sobre o alimento que está sendo produzido, alterações nos equipamentos como manchas, aprovação governamental da composição do desinfetante, necessidade de enxágüe com água potável para remoção e efeito sobre o ambiente e o tratamento de efluentes (ICMSF, 1995).
Os sanitizantes podem afetar os microrganismos por vários mecanismos, muitos dos quais são pouco compreendidos. Segundo BLOCK (1991a), de acordo com as concentrações, muitos agentes químicos podem alterar a permeabilidade da membrana citoplasmática e até mesmo destruí-la, alguns podem destruir a parede celular e outros podem inibir sistemas enzimáticos essenciais à célula. Alguns sanitizantes são ainda
QUADRO 6 – Comparação dos desinfetantes comumente utilizados no processo de sanificação.
Propriedades Compostos
Clorados Iodóforos
Compostos
Quaternários Clorhexidina Ácido Peracético
Peróxido de hidrogênio
Efetivo contra bactérias Gram + Bom Bom Bom Bom Bom Bom
Efetivo contra bactérias Gram - Bom Bom Fraco Bom Bom Bom
Efetivo contra esporos Bom Regular Fraco Fraco Bom Bom
Efetivo contra bacteriófagos Bom Bom Fraco Fraco Bom -
Corrosivo Sim Levemente Não - À cobre, ferro e alumínio À cobre, zinco e bronze
Afetado por água dura Não Levemente Dependente da cadeia
alquil Sim Não -
Irritante à pele Sim Não Não Não Sim Em altas concentrações
Afetado por matéria orgânica A maioria Alguns Poucos - Não Sim
Incompatível com Fenóis, aminas Amido, prata Tensoativos
aniônicos, sabões
Ânions orgânicos e inorgânicos
Ácidos e álcalis
concentrados, borrachas -
Estabilidade da solução de uso Instável Instável Estável Estável Instável Muito estável
Atividade residual Não Sim Sim - Não Não
Custo Muito barato Barato Caro - Caro
Efetivo a pH neutro Sim Não Sim Depende do organismo Sim Sim
Compostos clorados
Os compostos clorados podem ser classificados em orgânicos e inorgânicos, sendo os últimos mais utilizados para sanificação de equipamentos, uma vez que apresentam hidrólise imediata em solução aquosa e, portanto, apresentam ação rápida, evitando problemas de corrosão (WEI et al., 1985). Dentre os principais compostos classificados como inorgânicos estão os hipocloritos, cloro gás e dióxido de cloro. Cloraminas, derivados do ácido isocianúrico e diclorodimetilhidantoína são os principais compostos clorados orgânicos (FIG. 4). Algumas das propriedades dos compostos clorados são apresentadas no QUADRO 6.
FIGURA 4 – Estruturas químicas de compostos clorados orgânicos: (a) cloramina T;
(b) dicloroisocianurato de sódio; (c) diclorodimetilhidantoína.
Nas indústrias de alimentos, os compostos clorados são utilizados para o tratamento da água de processamento de produtos enlatados esterilizados, para a sanificação de superfícies de paredes, pisos, utensílios e equipamentos, para a redução da carga microbiana das superfícies de alimentos (WEI et al., 1985).
O C N Na N C N C Cl O Cl O C N CH3 N C CH3 O Cl Cl O C CH3 S N Cl . (3H2O) O ONa (a) (b) (c)
O poder bactericida dos compostos clorados normalmente baseia-se na liberação, quando em solução aquosa, do ácido hipocloroso em sua forma não- dissociada (HClO), com exceção do dióxido de cloro. Cloro, como HClO ou ClO¯, é definido cloro residual livre. As reações de hidrólise do cloro, hipoclorito de sódio, cloraminas orgânicas e ácido hipocloroso, em solução aquosa, são apresentadas nas equações 1, 2, 3 e 4, respectivamente (ANDRADE e MACÊDO, 1996):
Cl2 + H2O
↔
HClO + H+ + Cl¯ (1)NaClO + H2O
↔
HClO + Na+ + OH¯ (2)R-N-Cl + H2O
↔
HClO + =N-H + OH¯ (3)HClO
↔
H+ + ClO¯ (4)A concentração de ácido hipocloroso é determinada pela constante de dissociação (pKa 7,5 a 30 ºC), pelo pH e pela concentração de cloro residual livre da
solução, relacionados pela equação 5 (ANDRADE e MACÊDO, 1996). A diminuição do pH aumenta a atividade biocida, pois a reação ocorre no sentido de formar HClO na presença de íons H+; já o aumento do pH diminui a atividade biocida, uma vez que a reação ocorre na direção reversa na presença de OH¯ (DYCHDALA, 1991).
mg.L-1 de HClO = mg.L-1 de cloro residual livre (5) 1 + 10 pH – 7,5
Várias teorias tentam explicar os mecanismos de ação do cloro sobre as formas vegetativas de bactérias, dentre elas:
• oxidação aparentemente irreversível de grupos sulfidrilas (-SH) de certas enzimas da via glicolítica. Esta é a hipótese mais aceita (DYCHDALA, 1991);
• descarboxilação oxidativa de aminoácidos, formando nitrilas e aldeídos (ANDRADE e MACÊDO, 1996);
• combinação com proteínas e formação de compostos N-cloro tóxicos (WEI et al., 1985; DYCHDALA, 1991; ANDRADE e MACÊDO, 1996);
• rompimento da integridade da membrana, dificultando o transporte de carboidratos e aminoácidos, podendo levar ao extravasamento celular (DYCHDALA, 1991; ANDRADE e MACÊDO, 1996; BITTON, 1994);
• destruição da síntese protéica (BITTON,1994);
• oxidação das bases purínicas e pirimidínicas dos ácidos nucléicos (BITTON, 1994).
Compostos iodados
O iodo tem sido aplicado como sanificante há mais de um século nas formas de tintura de iodo, solução de iodo alcoólico e soluções contendo iodo metálico. No entanto, nestas formas o iodo apresenta restrições em sua utilização devido à sua baixa ação de molhagem, excessiva pressão de vapor, problemas com solubilidade, dentre outras. Por isso, o emprego do iodo como sanitizante na indústria de alimentos tornou- se viável com o desenvolvimento de formulações conhecidas como iodóforos que consistem de misturas solúveis de iodo e surfactantes tipicamente não-iônico, embora surfactantes aniônicos e catiônicos possam ser utilizados. A atividade bactericida compete ao iodo, sendo os surfactantes apenas agentes veiculadores. As principais propriedades dos iodóforos são apresentadas no QUADRO 6.
Os iodóforos são utilizados na diminuição da microbiota de manipuladores de alimentos, sanificação de equipamentos e utensílios, e diminuição da microbiota ambiental, quando aplicados na forma de nebulização. São muito empregados em laticínios onde, em adição ao poder bactericida, o ácido fosfórico atua no controle da formação de pedras de leite (ANDRADE e MACÊDO, 1996; HAYES, 1995).
O mecanismo de ação antimicrobiana desempenhado pelo iodo ainda não foi completamente esclarecido. Contudo, segundo GOTTARDI (1991), a hipótese mais aceita baseia-se na oxidação da tirosina de enzimas essenciais e de outras proteínas celulares cujo metabolismo esteja envolvido com a tirosina. O iodo (I2), componente do
iodóforo, reage com grupos fenólicos do aminoácido tirosina, formando monoiododerivados ou diiododerivados. Além disso, o iodo reage também com ligações dupla carbono-carbono (C=C) dos ácidos graxos insaturados, com funções N-H presentes em alguns aminoácidos e nas bases de nucleotídeos, e com grupos S-H do aminoácido cisteína.
Compostos quaternários de amônio
Compostos quaternários de amônio, conhecidos como “quaternários” ou “quats”, são essencialmente sais de amônio com alguns ou todos os átomos de hidrogênio do íon [NH4]+ substituídos por grupos alquil. O ânion normalmente é o cloreto ou brometo.
onde R1, R2, R3 e R4 representam um ou mais grupos alquil substituindo o hidrogênio
e X¯ representa um halogênio. A parte ativa da molécula é o cátion, enquanto o ânion é importante somente na solubilidade do quaternário. Exemplos de compostos quaternários normalmente utilizados na sanificação são apresentados na FIG. 6.
FIGURA 5 – Estrutura química de compostos quaternários: (a) brometo de cetiltrimetil amônio;
(b) cloreto de laurildimetilbenzil amônio.
Os quaternários são agentes tensoativos catiônicos que apresentam uma atividade germicida mais relevante que sua capacidade de atuar como detergente. Na indústria de alimentos, são utilizados na sanificação de ambientes e também de pisos, paredes, equipamentos, utensílios e manipuladores de alimentos (ANDRADE e MACÊDO, 1996). Suas principais propriedades são apresentadas, resumidamente, no QUADRO 5.
Segundo MERIANOS (1991), os compostos quaternários de amônio atuam em nível de membrana celular, interferindo nas propriedades de permeabilidade e induzindo ao extravasamento de metabólitos e coenzimas, provocando assim a morte microbiana. O mecanismo de ação também interfere na inibição do metabolismo e na estrutura de proteínas, causando desnaturação protéica e dissociação das enzimas de seu grupo prostético.
Do ponto de vista ambiental, a propriedade mais importante de compostos quaternários de amônio é sua rápida e forte adsorção por uma série de materiais, incluindo sólidos suspensos de efluentes. Entretanto, dados sobre a biodegradação anaeróbia desses compostos e sua possível toxicidade às metanogênicas ainda são escassos (GARCÍA et al., 2000).
R2 R1 R4 R3 N X + - CH3 C16H33 N Br + - CH3 CH3 CH3 C12H25 N Cl + - CH2 CH3 (b) (a)
Ácido peracético
O ácido peracético, ou peróxido de ácido acético, é um forte agente oxidante e desinfetante, sendo seu potencial de oxidação maior que o do cloro ou dióxido de cloro. O ácido peracético é comercialmente disponível na forma de uma mistura de ácido acético, peróxido de hidrogênio, ácido peracético e água, conforme demonstrado na equação 6 (KITIS, 2004):
CH3 – COOH + H2O2 ↔ CH3 – COOOH + H2O (6)
Ácido acético Ácido peracético
Por apresentarem ampla atividade antimicrobiana mesmo na presença de matéria orgânica e decomposição em produtos não-tóxicos ao meio ambiente, as soluções de ácido peracético têm sido crescentemente empregadas na sanificação de indústrias de alimentos e bebidas, principalmente laticínios e cervejarias (MARTINS e KUAYE, 1996; KITIS, 2004). As principais propriedades do ácido peracético também são apresentadas no QUADRO 6.
O mecanismo de ação das soluções de ácido peracético está associado à oxidação de grupos sulfidrila (-SH) e ligações dissulfeto (S-S) de proteínas, enzimas e outros metabólitos, podendo também interferir em processos metabólicos e no equilíbrio osmótico da membrana (FRASER, 1987; BLOCK, 1991b; KITIS, 2004).
Clorhexidina
A clorhexidina é um composto químico sintético pertencente à série das bisbiguanidas, apresentando a seguinte fórmula estrutural (FIG. 6).
FIGURA 6 – Fórmula estrutural da clorhexidina (1,6-di (4-clorofenildiguanida) hexano).
As soluções aquosas deste germicida não possuem cor e odor, porém têm pouco efeito de molhagem, podendo ser utilizados tensoativos catiônico e não-iônico na melhora desta característica. Geralmente são comercializadas na forma de digluconato de clorhexidina em concentração de 20%p/v do princípio ativo, em solução aquosa
Cl NH C NH C NH(CH2)6NH C NH C NH Cl
Na indústria de alimentos é empregada na redução da microbiota de manipuladores e na sanificação de equipamentos e utensílios, sendo ainda recomendada para controle microbiológico de salmouras no processamento de queijos (ANDRADE e MACÊDO, 1996).
A ação bactericida da clorhexidina relaciona-se com modificações citológicas e fisiológicas, as quais afetam especificamente a membrana citoplasmática. O sanitizante é absorvido rapidamente e reage com compostos constituídos por fosfatos presentes na superfície bacteriana, resultando no extravasamento de compostos de baixo peso molecular, como íons potássio. Inibição de certas enzimas ligadas à membrana, como adenosil trifosfatase (ATPase) e precipitação do citoplasma pela formação de complexos com compostos fosfatados como ATP e ácidos nucléicos também são mecanismos de sua ação antimicrobiana (DENTON, 1991).
Peróxido de hidrogênio
O peróxido de hidrogênio é um forte oxidante utilizado há décadas como agente bactericida e esporicida. Recentemente tem sido empregado na esterilização de embalagens de alimentos acondicionados assepticamente como leite e sucos de frutas. O calor ou enzimas como catalase e peroxidase destroem facilmente o peróxido de hidrogênio, fornecendo produtos finais inócuos, oxigênio e água (BLOCK, 1991b; ANDRADE e MACÊDO, 1996). As principais propriedades do peróxido de hidrogênio são apresentadas no QUADRO 6.
O peróxido de hidrogênio pode ser considerado um desinfetante natural, uma vez que está naturalmente presente no leite, mel e tecidos, como resultado do metabolismo celular. Nas células, é produzido pela redução do oxigênio em uma série de etapas enzimáticas, descritas a seguir:
O2 + e¯ → O2¯ íon superóxido
O2 + 2 e¯ + 2 H+ → H2O2 peróxido de hidrogênio
O2 + 3 e¯ + 3 H+ → H2O + OH • radical hidroxil
O2 + 4 e¯ + 4 H+ → 2 H2O
O radical hidroxil é considerado o oxidante mais forte e, portanto, possui maior poder bactericida. Por ser altamente reativo, pode atacar lipídeos da membrana, DNA e outros componentes celulares essenciais. Metais de transição catalisam a reação de formação do radical hidroxil.
Embora a catalase produzida pelas células que respiram possa proteger a célula do dano causado pelos níveis de peróxido de hidrogênio produzido metabolicamente, essa defesa é reprimida pelas concentrações utilizadas nos procedimentos de desinfecção. Os microrganismos anaeróbios são mais sensíveis ao peróxido de hidrogênio, uma vez que não produzem catalase para hidrolisá-lo.
Compostos fenólicos
Muitos compostos fenólicos apresentam forte poder bactericida e são largamente empregados como desinfetante. Porém, não são utilizados em operações de desinfecção em indústrias de alimentos devido ao seu forte odor e à possibilidade de transmissão de sabores desagradáveis aos alimentos.